传感器与测试技术ppt_第三章课件.ppt

一阶系统适用于测量缓变或低频被测量；为了减小系统的动态误差，增大工作频率范围，应尽可能采用时间常数小的测试系统。 【例1】设一阶系统的时间常数τ＝0.1s，问：输入信号频率ω为多大时其输出信号的幅值误差不超过6％？ 解： 将τ＝0.1带入A(ω)中得到 结论：一阶系统τ确定后，若规定一个允许的幅值误差ε，则可确定其测试的最高信号频率ωh ，该系统的可用频率范围为0～ωh 。 反之，若要选择一阶系统，必须了解被测信号的幅值变化范围和频率范围，根据其最高频率ωh和允许的幅值误差去选择或设计一阶系统。 2）二阶系统 称重(应变片) F 加速度 压电式传感器 幅频、相频曲线 二阶系统伯德图 二阶系统的特性： －低通特性 －频率响应与阻尼比ξ有关 －频率响应与固有频率ω0有关：固有频率越高，保持动态误差在一定范围内的工作频率范围越宽，反之越窄。 对二阶系统通常推荐采用阻尼比ξ＝0.7左右，且可用频率在0～0.6ω0范围内变化，测试系统可获得较好的动态特性，其幅值误差不超过5％，同时相频特性接近于直线，即测试系统的动态特性误差较小。 在动态测试时，必须了解测试系统的可用频率范围——与允许的幅值误差ε和阻尼比ξ有关。 ——允许的幅值误差ε越小，其可用频率范围越窄；反之，其可用频率范围越宽。 ——ξ＝0.7左右时，也有较宽的可用频率范围。 选择、设计测试系统时尤为重要！ 不同阻尼比对可用频率范围的影响 允许的幅值误差ε=?5% （2）用测量不确定度来表征 不确定度是测量误差极限估计值的评价，不确定度越小，测量结果可信度越高，即精度越高。 （3）简化表示——粗略估计 精密度高 准确度较高 精确度高 精度（精确度）、精密度与准确度 精度反映了测试系统中系统误差和随机误差的综合影响 f) 稳定性和漂移（drift） 稳定性是指系统在一定工作条件下，当输入量不变时，输出量随时间变化的程度。稳定性也叫漂移。 产生漂移的原因：一是系统自身结构参数的变化，另一个是周围环境的变化（如温度、湿度等）对输出的影响。最常见的漂移是温漂，即由于周围的温度变化而引起输出的变化，进一步引起系统的灵敏度发生漂移，即灵敏度漂移。 漂移通常表示为在相应条件下的示值变化。例如： ?=1.3mV/8h表示每8小时电压波动1.3mV。 ?=0.02mA/?C表示温度变化1?C电流变化0.02mA。 g) 分辨力(率) （Resolution ） 指能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量，表明测试装置分辨输入量微小变化的能力。 对于数字式仪表而言，输入量连续变化时，输出量作阶梯变化，一般可以认为该输出显示标尺的最后一位所表示的数值就是它的分辨力，例如数字式温度计的温度显示为180.6℃，则分辨力为0.1℃； 对于模拟式仪表，即输出量为连续变化的装置，分辨力是指测试装置能显示或记录的最小输入增量，一般为最小分度值的一半。 阈值：输入零点附近的分辨力。 h) 可靠性（reliability） 是评定测试装置无故障工作时间长短的指标。 1）平均无故障时间（MTBF） 常用指标： 2）可信任概率p 3）故障率或失效率（λ） 4）有效度或可用度（A） 2、静态特性的标定 测试装置本身存在某些随机因素时，可在相同条件下进行多次重复测量，求同一输入条件下的平均值，作静态特性曲线。 有回差的测试装置，正行程和反行程组成一个循环。相同条件下多次循环测量，求出平均值，得到正反行程的静态特性曲线。 静态标定:在规定的标准工作条件下，用实验方法求测试系统的静态特性曲线的过程。 静态标定步骤： 作输入-输出特性曲线 求重复性误差 求作正反行程的平均输入-输出曲线 求回程误差 求作定度曲线 求作拟合直线，计算线性度和灵敏度 （重复、正反行程） 定度曲线 拟合直线 3.3 测试系统的动态特性 测试系统的动态特性不仅取决于系统的结构参数，而且与输入信号有关。研究测试系统的动态特性实质就是建立输入信号、输出信号和系统结构参数三者之间的关系——数学建模。 动态特性的数学描述： 1）微分方程 2）传递函数 3）频率响应函数 4）阶跃响应函数等 1、动态特性的数学描述 1）线性微分方程 微分方程是最基本的数学模型，求解微分方程，就可得到系统的动态特性。 对于一个复杂的测试系统和复杂的测试信号，求解微分方程比较困难，甚至成为不可能。为此，根据数学理论，不求解微分方程，而应用拉普拉斯变换求出传递函数、频率响应函数等来描述动态特性。 2）传递函数 定义：系统的初始条件为零时，输出y(t)的拉